塑料大棚氣象條件及其對黃瓜生長影響

顧忠良，薛正平，李 軍，趙勝榮，顧春軍，王治雄

（1上海市松江區(qū)氣象局，上海 201620；2上海市氣候中心，上海 200030；3上海市松江區(qū)蔬菜技術(shù)推廣服務(wù)中心，上海 201600；4上海市浦東新區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，上海 201201）

塑料大棚氣象條件及其對黃瓜生長影響

顧忠良1，薛正平2，李 軍2，趙勝榮3，顧春軍4，王治雄4

（1上海市松江區(qū)氣象局，上海 201620；2上海市氣候中心，上海 200030；3上海市松江區(qū)蔬菜技術(shù)推廣服務(wù)中心，上海 201600；4上海市浦東新區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，上海 201201）

為研究影響黃瓜瓜果生長的農(nóng)業(yè)氣象條件，對2015年5月26日—6月22日大棚內(nèi)外小氣候和黃瓜生長量的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行了數(shù)理分析，并建立了棚內(nèi)、外太陽總輻射強(qiáng)度的統(tǒng)計模型。結(jié)果表明：（1）白天棚內(nèi)氣溫高于棚外，溫差在1.2—4.9℃，最大值出現(xiàn)在12：00；夜間（19：00—5：00）棚外溫度比棚內(nèi)高1℃左右，溫差最大值1.2℃（出現(xiàn)在21：00—23：00）。（2）9：00—13：00，棚內(nèi)相對濕度低于棚外相對濕度，11：00—13：00差值最小，13：00相對濕度最低；14：00開始上升，19：00差值達(dá)到最大，整個夜間棚內(nèi)濕度均高于棚外相對濕度，并持續(xù)到次日8：00；夜間棚內(nèi)80%以上時間的相對濕度≥95%，較棚外明顯偏高。要注意夜間大棚的通風(fēng)降濕，以防治病害等發(fā)生蔓延。（3）黃瓜相對生長量與棚內(nèi)小時積溫、前一天太陽總輻射累積量有較好正相關(guān)關(guān)系。

黃瓜；生長；太陽輻射強(qiáng)度；氣溫；相對濕度；塑料大棚

塑料大棚小氣候特征、大棚作物與小氣候的關(guān)系已有不少研究。李樹軍等［1］觀測分析了蔬菜塑料大棚光照強(qiáng)度、溫度對茄子開花坐果的影響，并提出了蔬菜大棚低溫寡照的補(bǔ)足措施。劉娟等［2］觀測了棚內(nèi)小氣候，分析了其變化規(guī)律，研究了棚內(nèi)外氣象要素間的相關(guān)關(guān)系。丁小濤等［3］對黃瓜單棟和連棟溫室大棚的小氣候進(jìn)行了比較研究。張德林等［4］應(yīng)用相關(guān)分析等方法建立了草莓大棚小氣候與外界氣象條件的關(guān)系、以及災(zāi)害性天氣預(yù)警指標(biāo)。張瑞明等［5］夏季高溫期間對大棚涂白對比試驗結(jié)果表明，涂白改善了大棚內(nèi)的小氣候條件，有利于綠葉菜的生長。

由于時間、地點、作物種類、所處生育期以及試驗時的氣象條件不盡相同，結(jié)果也不同。為了探討上海本地大棚黃瓜坐果和結(jié)果期大棚內(nèi)、外氣象要素關(guān)系以及對黃瓜生長的影響，本研究從小氣候與黃瓜生長速度的同步觀測著手，應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計分析方法揭示了黃瓜大棚內(nèi)外氣象要素的關(guān)系和變化規(guī)律，可為調(diào)控大棚內(nèi)小氣候條件、提高黃瓜產(chǎn)量和品質(zhì)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗大棚：單棟塑料大棚，大棚寬8.0 m，長40 m，高3.5 m，南北走向，單層塑料薄膜覆蓋；試驗品種：‘南雜2號’；試驗時間：2015年5月26日—6月22日，此時黃瓜處于開花坐果期至結(jié)果期。試驗地點：上海市松江區(qū)小昆山鎮(zhèn)。

1.2 方法

農(nóng)藝性狀觀測：確定10株生長狀況均勻植株，自坐果起每株共觀測2—5個瓜果，共25—35個，觀測其長度和最大、最小直徑。觀測時間為每周二、周五，達(dá)到商品標(biāo)準(zhǔn)采摘后停止觀測。

氣象要素觀測內(nèi)容：棚內(nèi)、外太陽總輻射，棚內(nèi)1.5 m高氣溫、相對濕度，10 cm地溫。數(shù)據(jù)采用U30氣象數(shù)據(jù)采集，采集間隔為10 min。大氣候氣溫、相對濕度、10 cm地溫資料分別來自松江西部漁村自動觀測站（試驗點以西580 m）、泖港自動觀測站（試驗點東南11.7 km）和松江國家氣象觀測站（試驗點以東11.4 km）。

天氣類型劃分：晴天，總云量＜20%；陰天，總云量＞80%；多云，20%≤總云量≤80%。數(shù)據(jù)采用數(shù)理統(tǒng)計分析方法［6］。

2 結(jié)果與分析

2.1 太陽輻射強(qiáng)度

圖1是棚內(nèi)、外太陽總輻射強(qiáng)度關(guān)系?？梢钥闯?，棚內(nèi)太陽總輻射強(qiáng)度與棚外有很好的相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)R＝0.996，樣本數(shù)696，置信水平0.01%；從相關(guān)式y(tǒng)（棚內(nèi)總輻射強(qiáng)度）＝0.749x（棚外總輻射強(qiáng)度）＋0.0177，可知棚內(nèi)的輻射強(qiáng)度約為棚外的3/4。

觀測數(shù)據(jù)表明，在極端弱光條件下，大棚內(nèi)、外太陽輻射強(qiáng)度均接近0。為此在建立大棚內(nèi)、外太陽輻射強(qiáng)度關(guān)系時，假設(shè)線性方程的截距為0。表1為主要時間大棚內(nèi)、外太陽總輻射強(qiáng)度的關(guān)系式。式中x為大棚外太陽總輻射強(qiáng)度，y為大棚內(nèi)太陽總輻射強(qiáng)度（樣本數(shù)均為29）?？梢钥闯?，隨著時間的推移，回歸直線的斜率有減小的趨勢。

圖1 黃瓜大棚內(nèi)、外太陽總輻射強(qiáng)度關(guān)系Fig.1 Relationship of solar radiation intensities inside and outside vinyl houses

表1 1 d內(nèi)不同時間大棚內(nèi)、外太陽總輻射強(qiáng)度的統(tǒng)計模型Table 1 Statisticalmodels of solar radiation intensities inside and outside vinyl houses at different stages of one day

圖2是5月26日到6月22日晴天、陰天情況下棚內(nèi)逐時太陽總輻射強(qiáng)度變化。晴天太陽輻射強(qiáng)度峰值出現(xiàn)在10：00—12：00，其中12：00太陽總輻射強(qiáng)度最大，為674.1 W·m－2。晴天和陰天太陽總輻射差異可達(dá)1個數(shù)量級以上，且晴天日變化明顯，陰天日變化較小。

圖2 晴天、陰天棚內(nèi)逐時太陽總輻射強(qiáng)度變化Fig.2 Solar radiation intensity variations inside vinyl houses with time on fine and cloudy days

2.2 溫度

大棚內(nèi)氣溫高低與太陽輻射強(qiáng)度密切相關(guān)。白天，太陽輻射促使棚內(nèi)氣溫迅速上升，12：00、13：00達(dá)到最高，隨后，隨太陽輻射強(qiáng)度減小氣溫下降，19：00后下降趨勢變緩，23：00到次日5：00氣溫在20.9℃到20.5℃范圍內(nèi)，其中3：00—5：00氣溫最低，為20.5℃。棚內(nèi)氣溫峰值出現(xiàn)時間比太陽輻射強(qiáng)度晚約1 h（圖3）。

白天棚內(nèi)氣溫高于棚外，即其溫差為正值，在1.2—4.9℃，最大值出現(xiàn)在12：00。夜間（19：00—次日5：00），溫差為負(fù)，棚內(nèi)溫度比棚外低1℃左右，最大差值1.2℃（21：00—23：00）。

晴天，大棚內(nèi)外溫差達(dá)到6.7℃，最大值達(dá)到9.4℃；陰雨天，大棚內(nèi)外的溫差僅1.2℃。本次試驗期間大棚內(nèi)逐小時＞35℃的高溫記錄共21個，均出現(xiàn)在9：00—15：00，最大值38.9℃出現(xiàn)在6月12日13：00，此時棚外太陽總輻射強(qiáng)度達(dá)829 W·m－2，而同時間西部漁村測站僅出現(xiàn)1次＞35℃的高溫。因此，要注意大棚高溫對作物影響。

大棚內(nèi)10 cm地溫變化幅度明顯小于松江氣象站（大氣候），在23.2—24.4℃，峰谷值的出現(xiàn)時間比大氣候觀測站晚1—2 h。谷值出現(xiàn)在9：00—10：00，峰值出現(xiàn)在18：00；夜間和上午大棚內(nèi)10 cm地溫高于大氣候觀測站，下午為則低于大氣候觀測站（圖4）。

圖3 大棚氣溫、溫差與太陽總輻射強(qiáng)度關(guān)系Fig.3 Air temperature，temperature difference and solar radiation intensity of vinyl houses with time

圖4 大棚內(nèi)外10 cm地溫的比較Fig.4 Comparison of 10-cm ground temperatures inside and outside vinyl houses

2.3 相對濕度

圖5為大棚內(nèi)相對濕度、大棚氣溫、濕度差值以及相對濕度≥95%的時間比例的結(jié)果?？梢钥闯?，大棚內(nèi)相對濕度變化與氣溫反相。日出后，隨著大棚內(nèi)氣溫迅速升高，相對濕度迅速下降。9：00—13：00，大棚內(nèi)溫度明顯高于大氣候溫度，棚內(nèi)的相對濕度低于棚外相對濕度，11：00—13：00是差值最小時期，比棚外相對濕度低2%以上，13：00降到最低，為67%。14：00起棚內(nèi)氣溫開始下降，相對濕度隨之上升，與棚外相對濕度的差值由負(fù)轉(zhuǎn)正，到19：00差值達(dá)到最大，達(dá)6.2%；隨后與棚外相對濕度差減小，整個夜間棚內(nèi)濕度都高于棚外相對濕度，并持續(xù)到次日8：00。

夜間棚內(nèi)相對濕度較高，21：00到次日7：00，相對濕度在90%以上，且80%以上時間的相對濕度≥95%，其中4：00相對濕度≥95%的時間比例達(dá)到91.7%。

不同天氣類型的濕度差異較大。晴天，大棚內(nèi)相對濕度明顯低于陰雨天，而且日變化明顯，8：00—18：00平均相對濕度比陰雨天低33%，13：00、14：00相對濕度最低，分別為51%和52%，14：00差值最大達(dá)41%；陰雨天的相對濕度較大，平均相對濕度均在91%以上，而且日變化較小，最大值與最小值差僅6%（圖6）。

圖5 大棚內(nèi)外相對濕度變化與氣溫關(guān)系Fig.5 Relations between relative humidity and air temperature inside and outside vinyl houses

圖6 晴天與陰天大棚內(nèi)相對濕度比較Fig.6 Com parison of relative hum idity inside vinyl houses between fine and cloudy days

2.4 黃瓜生長量與氣象條件

對不同時間采摘的、大小不同的瓜果35個樣本的最大、最小直徑、長度和重量分析發(fā)現(xiàn)，瓜果重量與（平均直徑）2和長度的乘積有非常顯著的線性回歸關(guān)系（圖7）。統(tǒng)計模型為：G＝1.1571＋0.669×［（D1＋D2）/2］2×L/1000，（R2＝0.9888，n＝35），G為瓜果的重量（單位：g），D1、D2、L分別為瓜果的小直徑、大直徑、長度（單位：mm）。據(jù)此可以估算掛牌定時測量的瓜果的最大、最小直徑和長度的瓜果的重量，便于計算相對生長量。

瓜果從幼果到采摘，其生長速度差異較大，一般為慢-快-慢，即在坐果期，其絕對生長量明顯小于膨大期。為剔除其自身生長規(guī)律，凸顯氣象條件的作用，采用相對生長量建立與氣象要素的關(guān)系。相對生長量的計算公式為：

其中：Rw為相對生長量，Wt為t時刻的瓜果重量，Wt－1為t－1時刻的瓜果重量。

據(jù)上式得到Rw值以及小時積溫和小時太陽總輻射累積量見表2。

圖7 瓜果長度、直徑與重量的關(guān)系Fig.7 Relation of fruit weight to fruit length and diameter

表2 黃瓜相對生長量與小時積溫及太陽輻射量累積量的關(guān)系Table 2 Relations of cucum ber’s relative increment to accumulated temperature by hour and accumulated radiation energy

分析黃瓜相對生長量Rw與棚內(nèi)小時積溫的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)小時積溫與Rw關(guān)系較好（圖8-A），Rw＞4對應(yīng)小時積溫在2 100℃·h以上，而Rw＜4則小時積溫均＜2 100℃·h。

Rw與同時期太陽總輻射累積量相關(guān)較差（圖8-B），而與前一天太陽總輻射累積量有較好的正相關(guān)關(guān)系（圖8-C）。Rw＞4，對應(yīng)太陽總輻射累積量在35 MJ·m－2以上，而Rw＜4對應(yīng)太陽總輻射＜35 MJ·m－2。

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

3.1.1 以往的大棚小氣候研究主要側(cè)重于溫度和濕度，太陽輻射與黃瓜產(chǎn)量關(guān)系密切，本研究建立了棚內(nèi)、外太陽總輻射強(qiáng)度的統(tǒng)計模型。以后可以根據(jù)棚外太陽輻射強(qiáng)度推算棚內(nèi)輻射強(qiáng)度，為大棚生產(chǎn)管理提供氣象信息支持。

3.1.2 白天棚內(nèi)氣溫高于棚外，溫差在1.2—4.9℃，最大值出現(xiàn)在12：00。夜間（19：00—次日5：00），棚外溫度比棚內(nèi)高1℃左右，最大溫差1.2℃（21：00—23：00）。要關(guān)注最高氣溫對大棚作物生長發(fā)育的不利影響。

3.1.3 9：00—13：00，棚內(nèi)相對濕度低于大棚外相對濕度，11：00—13：00為差值最小時期，13：00降到最低。14：00起相對濕度上升，19：00差值達(dá)到最大，整個夜間棚內(nèi)濕度都大于大棚外相對濕度，并持續(xù)到次日8：00。夜間棚內(nèi)80%以上時間相對濕度≥95%，較棚外明顯偏多。因此夜間時段要注意通風(fēng)降濕，防止病害等發(fā)生。

3.1.4 分析發(fā)現(xiàn)，黃瓜瓜果重量與其平均直徑的平方與長度的乘積呈極顯著的相關(guān)關(guān)系。黃瓜相對生長量與棚內(nèi)小時積溫、前一天太陽總輻射累積量有較好正相關(guān)關(guān)系，因此，對于黃瓜耐熱品種，適當(dāng)提高棚內(nèi)溫度有利于黃瓜生長及增加產(chǎn)量。

3.2 討論

3.2.1 本次試驗是在初夏時期，在大棚兩側(cè)下部揭膜、通風(fēng)情況下進(jìn)行的。不同季節(jié)和不同的薄膜覆蓋狀態(tài)對大棚小氣候應(yīng)有差異。因此文中得出的結(jié)果僅適用于上海市夏季栽培的單棟大棚內(nèi)小氣候效應(yīng)分析，至于其它季節(jié)需根據(jù)單棟塑料大棚覆蓋情況進(jìn)行研究，得出相應(yīng)的小氣候要素內(nèi)外差異。

3.2.1 有研究認(rèn)為，黃瓜生長的適宜溫度為35℃以下，超過35℃不利于生長［7］。本次試驗大棚內(nèi)多次出現(xiàn)日最高氣溫＞35℃，尤以6月12日氣溫最高，達(dá)到38.9℃，持續(xù)時間最長，從9：00到15：00。但從黃瓜相對生長量與棚內(nèi)小時積溫來看（圖8-A），該期處于趨勢線附近，表明高溫對黃瓜‘南雜2號’的生長影響不大。這個結(jié)論與以前的研究相悖，可能與本次試驗采用的耐熱黃瓜品種有關(guān)［8］。長江下游在夏季黃瓜栽培中，為了減弱高溫的影響，生產(chǎn)中采用的為耐熱品種，關(guān)于黃瓜‘南雜2號’的耐熱程度（適宜生長溫度和上限溫度值），將作進(jìn)一步的研究分析。

3.2.3 分析中發(fā)現(xiàn)相對生長量與同時期太陽總輻射累積量相關(guān)較差，而與前一天太陽總輻射累積量有較好的正相關(guān)關(guān)系。究其原因，作者認(rèn)為在試驗期間觀測日的黃瓜生物量，是前一天黃瓜干物質(zhì)分配后的結(jié)果，因此相對生長量與前一天的太陽總輻射累積量有著較好的相關(guān)關(guān)系。設(shè)施作物的生長是太陽輻射和熱量共同作用的結(jié)果［9］，以后將進(jìn)一步建立大棚黃瓜相對生長量與太陽輻射和熱量（輻熱積）的統(tǒng)計模型，這樣更為科學(xué)。

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（責(zé)任編輯：程智強(qiáng)）

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Them eteorological conditions of vinyl houses and their effects on cucumber growth

GU Zhong-liang1，XUE Zheng-ping2，LIJun2，ZHAO Sheng-rong3，GU Chun-jun4，WANG Zhi-xiong4
（1Songjiɑng Meteorologicɑl Bureɑu，Shɑnghɑi201620，Chinɑ；2Shɑnghɑi Climɑte Center，Shɑnghɑi200030，Chinɑ；3Songjiɑng Vegetɑble Technique Extension Service Center，Shɑnghɑi201600，Chinɑ；4Pudong New District Agro-Technology Extension Center，Shɑnghɑi201201，Chinɑ）

The cucumber growth and the observation data ofmicroclimate inside and outside vinyl houses between May 26 and June 22 of 2015 were mathematically analyzed，and statistical models of solar radiation intensities inside and outside vinyl houses were established so as to study the meteorological conditions influencing cucumber growth.The obtained main results were as follows：（1）In the daytime the air temperature inside vinyl houseswas higher than outside，the difference was1.2—4.9℃and themaximum differencewas at noon；Atnight（19：00—5：00）the air temperature inside vinyl houseswas about1℃lower than outside，and the maximum difference（occurring between 21：00—23：00）was 1.2℃.（2）Between 9：00—13：00 the relative humidity inside vinyl houseswas lower than outside，the difference was the least between 11：00—13：00，and at 13：00 the relative humidity was the lowest；Their difference rose at14：00 and reached the highest at19：00，and at night-time the humidity inside vinyl houseswas higher than outside until 8：00 on the next day；Formore than 80%of night-time the relative humidity inside vinyl houseswas 95%or higher，being obviously higher than that outside.Therefore，at night-time vinyl houses should be given a ventilation and dehumidification so as to control disease incidence.（3）There was a quite good positive correlation of the cucumber’s relative increment to both accumulated temperature by hour in vinyl houses and accumulated solar radiation energy on the previous one day.

Cucumber；Growth；Solar radiation intensity；Air temperature；Relative humidity；Vinyl house

S626

A

1000-3924（2017）01-114-06

2016-05-25

國家科技支撐計劃課題“氣象服務(wù)信息平臺關(guān)鍵技術(shù)集成與示范”（2014BAD10B07）

顧忠良（1962—），男，大專，高級工程師，主要從事農(nóng)業(yè)氣象觀測和研究。Tel：021-67739161，E-mail：lianggu＿sj＠163.com